EGR对可变压缩比SI发动机燃烧及排放特性的影响

基于一台可变压缩比火花点火(SI)单缸发动机,在不同废气再循环(EGR率为0~20%)、不同压缩比(8、9、10和11)下,对发动机燃烧和排放特性进行对比分析.结果表明:随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期变长,瞬时放热率曲线峰值减小并后移,缸内压力和最高平均燃烧温度降低.而增大压缩比则使滞燃期和燃烧持续期变短,缸内压力和燃烧温度升高.同时,NOx排放随EGR率的增大而降低,当压缩比为9时,20%,EGR率比无EGR时降低了92%,但随着压缩比增大NOx排放增多.CO和HC排放在EGR率较小时无明显变化,但随压缩比增大而减小,当EGR为5%,时,CO和HC排放最高降低7.8%和27%.     

LP-EGR对增程器GDI汽油机燃烧和排放的影响

为进一步降低燃油消耗率和有害排放,开发增程器专用发动机,在一台缸内直喷(GDI)汽油机上选取增程器的3个运行工况点,开展了当量比燃烧模式下的低压废气再循环(LP-EGR)试验研究.结果表明:随着废气再循环(EGR)率的增加、点火时刻的推迟,缸内压力和放热率峰值降低且推迟,燃烧持续期延长,缸内燃烧由爆震逐渐过渡到失火,NOx排放降低.随着EGR率的增加,HC排放升高,CO和PM排放降低.点火时刻对HC、CO和颗粒物(PM)排放的影响规律随EGR率的变化而不同.引入EGR前、后的颗粒物总数量(PN)浓度值均在较低的数量级(105/cm^3).3个工况点综合优化后的最低有效燃油消耗率为219.1 g/(kW·h),较原机降低了7.75%.     

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力，通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验，对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律．结果表明：稀释燃烧延长了燃烧持续期，降低了有效燃油消耗率(BSFC)，减少了发动机传热损失，并降低了CO排放，稀释方式不同会导致HC和NO_x排放随稀释率的变化规律不同，但在高稀释率下，相比无稀释燃烧，HC排放升高，NO_x排放降低；相较于EGR，空气稀释对燃烧的抑制更弱，稀释边界更宽，BSFC降低效果更好，CO与HC排放显著更低，未燃损失更低，NO_x排放更高，且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在，但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高，这与排气损失更低有关，此时相较原机，BSFC降低了5.7%,NO_x降低了33%，均比φa为1.40时的降幅更大，证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力．     

汽油机废气滚流分层技术对燃烧排放特性影响的研究

为了充分利用废气分层技术,实现既改善排放又降低能耗的目的,对汽油机滚流分层技术的燃烧、排放特性随废气再循环(EGR)率的变化规律进行了研究。根据缸内温度的变化,探讨了废气再循环(EGR)率对发动机排放的影响;根据缸内示功图和燃烧放热率的变化,分析了燃烧持续期、燃烧规律等有关因素对发动机经济性的影响。此外,还讨论了调整点火正时的必要性,以及在最佳点火正时条件下发动机燃油经济性和排放特性。研究主要集中在中速、低负荷工况,结果表明,提出的分层方式可将废气再循环率提高20％,并且在不影响CO、HC排放的情况下大幅度降低NOx排放,结合点火正时的调整,功率输出大约可提高7％。     

冷EGR对DME PCCI-DI发动机燃烧和排放特性影响的试验研究

PCCI-DI是一种部分预混充量压缩着火和燃料直接喷射燃烧的组合工作方式,可有效降低发动机的NOx排放,但其在高负荷工作时易受到爆震影响,导致发动机功率下降,排放恶化.为此,开展了冷EGR对DME PCCI-DI发动机燃烧和排放特性影响的试验研究.结果表明:随着EGR率的增加,缸内最高燃烧压力下降,主燃烧期推迟并略有延长,NOx排放下降,但较大的EGR率会导致PCCI-DI发动机HC和CO排放迅速升高.采用冷EGR在一定程度上可以改善PCCI-DI 发动机的燃烧过程,拓宽发动机的工作范围.     

涡流-滚流拓宽汽油机稀燃极限的试验

基于一台4气门直喷汽油机,在部分负荷工况下对比研究了低滚流、高滚流以及涡流-滚流结合(简称涡流-滚流)3种不同的进气形式在废气和进气两种稀释氛围中对燃烧和排放的影响.结果表明:在进气稀释条件下,与稀燃极限λ为1.37的低滚流原机相比,高滚流可将λ拓宽至1.44、燃油消耗率(BSFC)降低10%,涡流-滚流可拓宽极限λ至1.51、BSFC降低12%;在废气稀释条件下,与稀燃极限废气再循环(EGR)率为23%的低滚流原机相比,高滚流可拓宽极限EGR率至27%、BSFC降低5%,涡流-滚流可拓宽极限EGR率至28%以上、BSFC降低8%.排放方面,与原机低滚流无稀释工况相比,高滚流结合稀释燃烧最多分别使NO_x降低69%、CO降低89%和HC升高74%;涡流-滚流结合稀释燃烧最多分别使NO_x降低63%、CO降低87%和HC升高44%.     

不同稀释方式降低天然气发动机NO_x排放的研究

为了使天然气发动机在采用机内净化措施的情况下大幅度降低NOx排放,满足未来的排放法规,试验研究了3种稀释方式(空气稀释、当量燃烧+EGR稀释、空气与EGR双重稀释)对稀燃天然气发动机控制NOx排放潜力的影响,并考察了燃烧边界条件的改变对发动机燃烧及排放性能的影响。研究结果表明:通过燃烧边界条件优化,3种稀释方式均能使发动机NOx排放满足国-Ⅳ及国-Ⅴ排放标准,在同等NOx排放前提下,对其经济性而言,双重稀释方式优于空气稀释方式,空气稀释方式优于当量燃烧+EGR稀释方式。     

轻型柴油机EGR与喷油正时的协同性能研究

以一台高压共轨轻型柴油机为样机,研究废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)和喷油正时协同作用对发动机燃烧特性、燃油消耗率、氮氧化物(NOx)和HC排放的影响。研究结果表明:随着EGR率增大,缸内最大压力有所下降,瞬时放热率峰值有所减小。随着喷油提前角增加,缸内最大压力增大,瞬时放热率峰值先增大后减小。EGR率与缸内最大压力降幅、瞬时放热率峰值降幅均具有较好的线性关系。随着EGR率的增大和喷油提前角的减小,NOx排放降低,燃油耗增加,而且存在一个最佳的EGR率和喷油提前角的组合区域使HC排放达到最低。为了实现降低NOx排放的同时有效控制燃油消耗率和避免HC排放升高,低负荷时选择高EGR率并结合大喷油提前角的控制策略;中等负荷时选择适中EGR率结合适中喷油提前角的控制策略。     

EGR和稀燃对GDI发动机性能和排放特性的影响

稀燃和废气再循环(EGR)技术由于可以改善汽油直喷(GDI)发动机的燃油经济性而成为内燃机重要发展方向之一.通过GDI发动机台架试验,研究了EGR稀释、过量空气稀释(稀燃)和两种技术复合作用对发动机性能和排放的影响.结果表明:稀释率相当的条件下,化学计量比混合气下的EGR对燃烧持续期(CA0-10、CA10-50)和循环变动率(COV)的影响比过量空气稀释更显著,过量空气稀释时发动机的热效率明显高于EGR稀释时的热效率,过量空气稀释率为21.9%时,热效率升高6.3%.EGR稀释时,部分新鲜充量被非反应气体代替,导致氧体积分数明显降低.EGR与过量空气复合稀释时,热效率与过量空气稀释条件下的热效率接近,NO_x排放大幅降低,颗粒物数量(PN)排放与过量空气稀释单独作用时相当,颗粒物表面积浓度排放较低,颗粒物粒径小于EGR稀释和过量空气单独稀释时的粒径.     

废气再循环率对高压缩比增压直喷汽油机燃烧与排放特性的影响

以一台采用废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）技术的增压直喷汽油机为研究样机，试验研究了高压缩比15.0时不同EGR率（0%、5%、10%、15%）下该机的燃烧和排放特性。研究结果表明，与常规的压缩比11.5相比，采用高压缩比15.0时，该机缸内最高燃烧压力升高，点火正时提前，燃烧持续期延长，平均指示压力变动系数增大，有效热效率显著提高；碳氢化合物（hydrocarbon,HC）排放和颗粒物数量增加，CO排放和颗粒物质量降低，NO_x排放略有升高。采用EGR技术能够有效抑制爆震和降低NO_x排放。相同工况下，随着EGR率升高，该机的燃烧持续期延长，平均指示压力变动系数增大，低负荷(制动平均有效压力（brake mean effective pressure,BMEP）为0.5 MPa)下的缸内最高燃烧压力逐渐下降，有效热效率变化不大。高负荷（BMEP为1.0 MPa）下的缸内最高燃烧压力先上升后下降，有效热效率整体呈上升趋势，高压缩比情况下该机EGR率为10%时的热效率最高，为38.45%;CO排放先减小后增加...     

Effect of addition of hydrogen and exhaust gas recirculation on characteristics of hydrogen gasoline engine

The effects of exhaust gas recirculation (EGR) on combustion and emissions under different hydrogen ratios were studied based on an engine with a gasoline intake port injection and hydrogen direct injection. The peak cylinder pressure increases by 9.8% in the presence of a small amount of hydrogen. The heat release from combustion is more concentrated, and the engine torque can increase by 11% with a small amount of hydrogen addition. Nitrogen oxide (NOx) emissions can be reduced by EGR dilution. Hydrogen addition offsets the blocking effect of EGR on combustion partially, therefore, hydrogen addition permits a higher original engine EGR rate, and yields a larger throttle opening, which improves the mechanical efficiency and decreases NOx emissions by 54.8% compared with the original engine. The effects of EGR on carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions are not obvious and CO and HC emissions can be reduced sharply with hydrogen addition. CO, HC, and NOx emissions can be controlled at a lower level, engine output torque can be increased, and fuel consumption can be reduced significantly with the co-control of hydrogen addition and EGR in a hydrogen gasoline engine.     

低压EGR对GDI增压汽油机外特性下性能和排放影响

通过一款涡轮增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)的试验,研究了EGR率和点火提前角的综合作用对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明,在GDI增压发动机中加入EGR后,由于废气的稀释和热容作用,使缸内燃烧持续期增大,排气温度下降,燃烧相位也发生了改变。这对发动机外特性的有利影响是油耗减少,CO和NO_x排放也明显减少;不利影响是EGR的加入提高了增压发动机的排气压力,导致泵气损失增加。此外,总碳氢(total hydro carbons,THC)排放也有所增加。在GDI增压汽油机中使用EGR系统并配合点火角的调节能够有效提高热效率,降低NO_x排放。     

电控五气门汽油机稀燃与废气再循环性能对比研究

在一电控喷射稀薄燃烧五气门汽油机上，以稀薄燃烧汽油机电控开发系统及相应的废气再循环系统为试验平台，对五气门汽油机在各种进气模式下实施稀混合气燃烧及废气再循环时的燃油消耗率和排放性能进行了详细的试验研究，进而对本发动机的稀燃性能与废气再循环性能进行了比较，分析实施不同方法对发动机性能的不同影响效果，实验结果表明，采用分层EGR技术以后，EGR比率可达32％，稀燃和分层废气再循环都有效地降低了NOx排放，分层废气再循环对NOx降低的效果更为明显，而且降低速度更快，尤其在中、低负荷，可以使排气中的NOx降低85％～95％．对于油耗，稀燃的效果显然要好于废气再循环，在较高负荷尤为明显，稀燃可显著降低HC、CO，分层EGR对HC、CO排放降低幅度不大。     

增压柴油机采用多级可变文曲利管式进气系统的实验研究

EGR技术应用在增压柴油机上出现了进排气压逆差导致应用有限的现象。本文采用将原有进气系统改造成由多个文曲利管并联组成的进气系统解决此问题。该系统一方面可由不同文曲利管之间的组合排列达到适应随工况变化的可变进气目的;另一方面,可以借助多个文曲利管的喉部压降能力吸引更多排气达到扩大EGR率的效果。通过流量模拟测试实验获得,采用MVVIPS较传统的串联式和分流式文曲利管系统都取得了更大的流通能力和压降能力;通过内燃机综合测试台架可知,采用MVVIPS系统后,试验用柴油机过量空气系统在不同转速下有着不同的变化;相比较原机的EGR系统,MVVIPS系统的EGR率在每个试验工况下都得到了不同程度的提高;动力性和经济性都在低、中转速下有小幅升高,但在高转速下与原机相差不大;根据稳态十三工况排放数据显示,采用MVVIPS系统后,NOx排放得到了有效控制,CO和微粒排放变化不大,HC排放在怠速及低工况范围内有着较明显的降低。     

汽油机怠速工况下HC和CO排放机理的实验研究

本文系统地研究了汽油机怠速工况下排气中ＨＣ和ＣＯ生成的基本规律，重点探讨了燃烧过程与ＨＣ、ＣＯ排放的内在关系。燃烧过程所考虑的因素主要有燃烧完善程度（用累积放热百分比表示），燃烧速率和着火时刻。试验发现燃烧速率对排放的影响较小。在空燃比较高（大于１３）的情况下，采用适当的废气再循环可显著降低排气中ＨＣ的生成量，这为改善现代汽油机怠速工况下的排放水平提供了有效的途径。     

燃烧参数对汽油/柴油双燃料HPCC性能和排放影响的试验

在一台改造的单缸柴油机上,转速为1,500,r/min、平均指标压力为0.9,MPa工况进行了不同参数对汽油/柴油双燃料高比例预混合低温燃烧(HPCC)方式燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,调整EGR率和汽油比例可实现HPCC燃烧过程优化,在保持发动机高燃油经济性的前提下使NOx和碳烟(Soot)排放大幅降低;进气压力对Soot的影响不明显,但进气压力过低将限制汽油比例的提高,NOx排放偏高,进气压力过高使燃烧效率和热效率降低;提高柴油喷油压力,滞燃期延长,最大压升率及最大爆发压力降低;提高喷油压力可同时降低NOx和Soot排放,但喷油压力对燃烧效率、指示油耗、HC和CO排放影响不大.在HPCC燃烧中,通过优化EGR率、汽油比例、进气压力和柴油喷油压力,在不使用后处理器的前提下可使NOx和Soot排放分别低于0.4,g/(kW.h)和0.003,g/(kW.h),并保持较高的热效率,但HC和CO排放偏高,需要采用有较高转换效率的氧化后处理器加以解决.     

Experimental study of stratified lean burn characteristics on a dual injection gasoline engine

Due to increasingly stringent fuel consumption and emission regulation, improving thermal efficiency and reducing particulate matter emissions are two main issues for next generation gasoline engine. Lean burn mode could greatly reduce pumping loss and decrease the fuel consumption of gasoline engines, although the burning rate is decreased by higher diluted intake air. In this study, dual injection stratified combustion mode is used to accelerate the burning rate of lean burn by increasing the fuel concentration near the spark plug. The effects of engine control parameters such as the excess air coefficient (Lambda), direct injection (DI) ratio, spark interval with DI, and DI timing on combustion, fuel consumption, gaseous emissions, and particulate emissions of a dual injection gasoline engine are studied. It is shown that the lean burn limit can be extended to Lambda= 1.8 with a low compression ratio of 10, while the fuel consumption can be obviously improved at Lambda= 1.4. There exists a spark window for dual injection stratified lean burn mode, in which the spark timing has a weak effect on combustion. With optimization of the control parameters, the brake specific fuel consumption (BSFC) decreases 9.05% more than that of original stoichiometric combustion with DI as 2 bar brake mean effective pressure (BMEP) at a 2000 r/min engine speed. The NO_x emissions before three-way catalyst (TWC) are 71.31% lower than that of the original engine while the particle number (PN) is 81.45% lower than the original engine. The dual injection stratified lean burn has a wide range of applications which can effectively reduce fuel consumption and particulate emissions. The BSFC reduction rate is higher than 5% and the PN reduction rate is more than 50% with the speed lower than 2400 r/min and the load lower than 5 bar.     

废气再循环与燃料辛烷值对均质压燃发动机性能和排放影响的试验研究

在一台单缸直喷式柴油机上研究了废气再循环（EGR）对不同辛烷值燃料均质压燃（HCCI）发动机性能和排放特性的影响。结果表明，混合气较稀，EGR对指示热效率影响较小，其影响和燃料辛烷值有关；混合气变浓，EGR对指示热效率的影响增大。不同辛烷值燃料最高指示热效率出现在高EGR率、混合气较浓的区域，并且靠近爆震燃烧边界，辛烷值为60的燃料最高指示热效率最高，并且覆盖的工况区域最宽。高EGR率区域，EGR对HC排放的影响十分明显，EGR率升高，HC排放急剧增大，而且随着燃料辛烷值增大，这种趋势越明显；CO排放与缸内燃烧温度有较大的相关性，EGR率升高，CO排放升高。NOx排放出现急剧升高的“拐点”是判断HCCI爆震燃烧的一个重要判据，EGR率增大，“拐点”出现的混合气浓度增大，在正常工作范围内，NOx排放极低，EGR对NOx排放几乎没有影响。     

废气再循环和发动机运转参数对不同辛烷值燃料HCCI燃烧的影响

考察了废气再循环(EGR)、进气温度、冷却水出水温度和转速等发动机运转参数对HCCI发动机燃烧特征和排放特性的影响。实验结果表明：随EGR率提高,各种燃料的两阶段着火时刻推迟,燃烧持续期延长;高十六烷值燃料可以容许较高的EGR率,RON75最高仅可以采用45％的EGR;EGR对高十六烷值燃料的CO和UHC影响不大,对高辛烷值燃料的CO影响明显,并随EGR率增加CO排放升高。在其它运转参数中,进气温度对HCCI燃烧影响最为显著,随进气温度提高、冷却水温度升高,HCCI燃烧的着火时刻提前、燃烧持续期缩短,高辛烷值燃料的UHC和CO显著降低。转速升高,着火延迟,燃烧持续期延长。此外,研究发现,高辛烷值燃料对HCCI发动机的运转参数更为敏感。